PandaX暗物质探测实验中超痕量氪测量系统研究及优化.doc

PandaX暗物质探测实验中超痕量氪测量系统研究及优化众所周知,宇宙中除了普通的重子物质外,还存在着大量看不见的暗物质。在宇宙学的标准模型中,暗物质占宇宙总含量的26.8%。所以,暗物质探测是世界上最具有挑战性的基础物理研究课题之一。目前,物理学家关于暗物质的本质有多种热门假说,其中认可度最高的候选者是弱相互作用重粒子(WeaklyInteractionMassiveParticles,WIMPs)。因此如何直接探测WIMPs,就成了对科学家们的一个重要的挑战。国家为了支持暗物质的探测,在四川锦屏山建立了第一个极深地下室―中国锦屏地下实验室(ChinaJinpingUndergroundLaboratory,CJPL)。2400米的岩石深度使得实验室具备了最优越的条件,可以有效地屏蔽宇宙线及其次级粒子的本底影响。然而,在暗物质探测的实验中,氙中的杂质氪会扩散到整个探测器中,氪的放射性同位素氪-85的β衰变无法自屏蔽掉,产生的β粒子将对我们的实验造成不可忽略的电子反冲信号,所以氪的存在对于暗物质探测实验来讲是不可忽略的一大难题。本文的主要研究对象是超痕量氪测量系统,它的作用就是测量在氙中氪的含量。文章的开始先介绍暗物质和PandaX(TheParticleandAstrophysicalXenon)系列实验。之后在控制气体流速等条件下,对已知浓度气体进行标定,对待测气体进行测量。本文针对氪测量系统进行了详细的设计、实验及模拟研究,以达到氪气测量精度ppt(Kr/Xe=10~-1212mol/mol)的量级。从而为四吨级液氙探测器实验提供高纯氙气,为实验的研究和应用奠定了基础。